无刷直流电机最终版

无刷直流电机简介：

无刷电机是指无电刷和换向器（或集电环）的电机，又称无换向器电机。早在上世纪诞生电机的时候，产生的实用性电机就是无刷形式，即交流鼠笼式异步电动机。但是，异步电动机有许多无法克服的缺陷。本世纪中叶诞生了晶体管，因而采用晶体管换向电路代替电刷与换向器的直流无刷电机就应运而生了。这种新型无刷电机称为电子换向式直流电机，它克服了第一代无刷电机的缺陷。

直流无刷电机的结构

下图为直流无刷电机的外部形状前言：

传感器的无刷直流电机与无传感器的无刷直流电机的基本工作原理是一致的，主要差别是有传感器的无刷直流电机是利用如霍尔元件位置传感器来检测转子位置信号。而无位置传感器的无刷直流电机取消了作为位置传感器的霍尔元件，利用一些控制算法来计算出转子位置信号。注：霍尔元件是应用霍尔效应的半导体。一般用于电机中测定转子转速,如录象机的磁鼓,电脑中的散热风扇等;是一种基于霍尔效应的磁传感器。所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。

无刷直流电机的基本组成

无刷直流电机主要由电机本体，位置传感器和电子换向线路组成。电动机本体在结构上与永磁同步电动机相似，但没有笼型绕组和其他起动装置。其定子绕组一般制成多相(三相、四相、五相不等相)。转子由永久磁钢按一定极对数(2p=2，4，……)组成。无刷直流电机的工作原理

在无刷直流电动机集中，电枢绕组被设置在定子上，永磁体磁极被设置在转子上。定子各相电枢绕组相对转子永磁体磁场的位置，由转子位置传感器通过电子方式或电磁方式所感知；并利用其输出信号，通过电子转换电路，按照一定的逻辑程序去驱动与电枢绕组相连接的相应的功率开关晶体管，把电流开关换向到相应的电枢绕组。

随着转子的转动，转子位置传感器不断地发送出信号，致使电枢绕组不断地依次通电，不断地改变通电状态，从而使得在某一磁极下的线圈导体中流过的电流方向始终不变，这就是无刷直流永磁电机的无接触式电子换向过程的实质。我们可以设想：在有刷直流电机中，如果把原先处于电动机内部的旋转电枢翻出来变成定子，把所有被连接在机械换向器上面的电枢绕组的引线头抽出来，并且给每一个引线头提供一个功率晶体管开关；而把原先处于外部的静止永磁体移入电动机的内腔变为转子，即可实现有刷与无刷直流电机的转换，但这样必须包含大量的功率晶体管开关元件和与之相适应的转子位置传感器，这种方法很难实现。因此，定子电枢采用一般交流电动机中的三项绕组，借助转子位置传感器检测出转子永磁体磁场与定子电枢绕组三项轴线之间的相对空间位置，通过逻辑信号处理和控制，来实现定子电枢三相绕组的电子换向。电枢绕组的连接方式

一、星形连接绕组

星形连接绕组是把所有相绕组线圈的首段或尾端连接在一起；与之相配的电子换向（相）电路可以是桥式线路，也可以是非桥式电路。图（a）（b）为星形绕组与桥式线路组合，图（c）（d）为星形绕组与非桥式线路的组合封闭式连接绕组特殊连接的绕组电子换向（相）

换向（相）又可以称为“换流”。在无刷直流永磁电机中，来自转子位置传感器的信号，经处理后按一定的逻辑程序，驱使某些与电枢绕组相连接的功率开关晶体管在某一瞬间导通或截止，迫使某些原来没有电流的电枢绕组内开始流通电流，某些原来有电流的电枢绕组内开始关断电流或改变电流的流通方向，从而迫使定子磁状态产生变化。我们把这种利用电子电路来实现电枢绕组内电流变化的物理过程称为电子换向（相）或“换流”。每“换流”一次，定子磁状态就改变一次，连续不断地“换流”，就会在工作气息内产生一个跳跃式的旋转磁场。以三相星形桥式连接为例1、二相导通星形三相六状态2、三相导通星形三相六状态3、二相三相轮流导通星形三相十二状态

无接触式旋转变压器和霍尔磁敏传感器是目前被广泛采用的两种转子位置传感器。霍尔磁敏传感器在具有质量轻、尺寸小、制造成本低和便于大规模生产等优点的同时，存在着对环境条件要求严、温度适应范围窄和可靠性差等缺点。因此霍尔磁敏传感器被广泛地用于计算机的软硬件盘驱动器、激光打印机、试听设备和家用电器等民用电动机中。霍尔磁敏传感器霍尔器件

——以锁存型为例

霍尔元件按功能可分为三大类：线性型、开关型和锁存型

锁存器霍尔元件时一个仅有“0”和“1”两种状态的双值器件。一个双值器件有两种状态，二个双值器件有四种状态，n个双值器件有种状态。根据上述原则，对于最常见的“而相导通星形三相六状态”的电机而言，一般采用三个霍尔器件。它们在圆周的配置有两个方案：相隔60度电角或相互间隔120度角。举例：“二相导通星形三相六状态无刷直流永磁电动机的工作情况”

逆变器是六个BG1至BG6的功率开关元件所组成的桥式电路，霍尔转子的位置传感器输出地A、B和C三个信号馈送至PIC18FXX31微控制器，作为PIC18FXX31微控制器的输入信号。然后，PIC18FXX31微控制器根据下表所规定的驱动顺序定义，对逆变器中六个功率开关器件的导通和截止状态进行控制无刷直流电机的特点

无刷直流电机与有刷直流电机的区别，有刷电机采用机械换向，寿命短﹑噪声大﹑产生电火花，效率低。它长期使用碳刷磨损严重，较易损坏。同时磨损产生了大量的碳粉尘，这些粉尘落轴承中，使轴承油加速干涸，电机噪声进一步增大。有刷电机连续使用一定时间就需更换电机内碳刷。无刷电机以电子换向取代机械换向，无机械摩擦，无磨损，无电火花，免维护且能做到更加密封等特点所以技术上要优于有刷电机。

无刷直流电动机的永磁体，现在多采用高磁能积的稀土钕铁硼材料。因此，稀土永磁无刷电动机的体积比同容量三相异步电动机缩小了一个机座号。

无刷直流电机的高效率，高效区域大，功率和转矩密度高，功率因数（COSΦ）接近1，系统效率＞90%,永磁无刷直流电机在任何情况下转子都是同步运行，交流变频电机是变频调速，无刷直流电机是调速变频，电机在同步转速下运行，转子既无铜耗又无铁耗。无刷直流电机具有低电压特性好，转矩过载特性强，启动转矩大（堵转特性），启动电流小等优点。

无刷直流电机因为具有直流有刷电机的特性，同时驱动器也是频率变化的装置，所以又名直流变频，无刷直流电机的运转效率，低速转矩，转速精度等都比任何控制技术的变频器还要好，由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会象变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。多年来业界对异步电动机变频调速的研究，归根到底是在寻找控制异步电动机转矩的方法，稀土永磁无刷直流电动机必将以其宽调速﹑小体积﹑高效率和稳态转速误差小等特点在调速领域显现优势。可以解决产业界节点与高性能驱动的需求。特性直流无刷电机有刷直流电机换向器给予霍尔传感器的电子换向有刷机械换向器寿命较长较短扭矩、转速比额定负载下可在所有转速下正常工作高转速时电刷将影响其有效输出转矩效率高效率适中输出功率、外形尺寸比高，好的温度特性由于其线圈是在定子上，所以有很好的散热特性中等或低，由于电枢产生的热量在电机气隙里散热不良，导致其功率下降转动惯量低，由于转子上的永磁体时期有良好的动态特性高，高的转动惯量使其动态性能降低转速高，不受电刷等机械特性的限制低，受电刷等机械特性的限制电磁噪声低高成本高，主要是因为其转子内嵌永磁体低控制器成本复杂且较贵简单且便宜谢谢观赏！第一节活塞式空压机的工作原理第二节活塞式空压机的结构和自动控制第三节活塞式空压机的管理复习思考题单击此处输入你的副标题，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor压缩空气在船舶上的应用：

1.主机的启动、换向；

2.辅机的启动；

3.为气动装置提供气源；

4.为气动工具提供气源；

5.吹洗零部件和滤器。

排气量:单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor空压机分类：按排气压力分：低压0.2～1.0MPa；中压1～10MPa；高压10～100MPa。按排气量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor第一节活塞式空压机的工作原理容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式两级活塞式压缩机单级活塞压缩机活塞式压缩机膜片式压缩机旋转叶片式压缩机最长的使用寿命-

----低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。滑(叶)片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。螺杆式压缩机气路系统：

A

进气过滤器

B

空气进气阀

C

压缩机主机

D

单向阀

E

空气/油分离器

F

最小压力阀

G

后冷却器

H

带自动疏水器的水分离器油路系统：

J

油箱

K

恒温旁通阀

L

油冷却器

M

油过滤器

N

回油阀

O

断油阀冷冻系统：

P

冷冻压缩机

Q

冷凝器

R

热交换器

S

旁通系统

T

空气出口过滤器螺杆式压缩机涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机，由于结构简单、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机，已经得到压缩机行业的关注和公认。被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能压缩机。涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。

由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”。

涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。活塞式空气压缩机的外形第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）工作循环：4—1—2—34—1吸气过程

1—2压缩过程

2—3排气过程第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）

压缩分类：绝热压缩：1—2耗功最大等温压缩：1—2''耗功最小多变压缩：1—2'耗功居中功＝P×V（PV图上的面积）加强对气缸的冷却，省功、对气缸润滑有益。二、实际工作循环（单级压缩）1.不存在假设条件2.与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响Vc不利的影响—残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处—

（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。第一节活塞式空压机的工作原理表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λv合适的C：低压0.07-0.12

中压0.09-0.14

高压0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容积Vc的影响C越大或压力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度见表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理2）进排气阀及流道阻力的影响吸气过程压力损失使排气量减少程度，用压力系数λp表示：保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。λp

（0.90-0.98）2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3）吸气预热的影响由于压缩过程中机件吸热，所以在吸气过程中，机件放热使吸入的气体温度升高，使吸气的比容减小，造成吸气量下降。预热损失用温度系数λt来衡量（0.90-0.95）。保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷却，防止水垢和油污的形成。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4）漏泄的影响内漏：排气阀（回漏）；外漏：吸气阀、活塞环、气缸垫。漏泄损失用气密系数λl来衡量（0.90-0.98）。保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。5）气体流动惯性的影响当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时，造成气缸压力较低，气体比容增大，吸气量下降。保证措施：合理的设计进气管长度，不得随意增减进气管的长度，保证滤器的清洁。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理上述五条原因使实际与理论循环不同。4）漏泄的影响5）气体流动惯性的影响1）余隙容积Vc的影响2）进排气阀及流道阻力的影响3）吸气预热的影响2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3.排气量和输气系数理论排气量Vt----单位时间内活塞所扫过的气缸容积。实际排气量Q：Q=Vt

λ输气系数λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影响余隙容积Vc的影响进排气阀及流道阻力的影响吸气预热的影响二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理指示功率pi

：按示功图计算的功率理论功率Ps、PT：按理论循环计算的功率

Ps(PT)